مجله مهندسی مکانیک

مجله مهندسی مکانیک

بهینه‌ سازی انرژی جنبشی توربالانسی در مخازن همزن ‌دار با استفاده از پروانه ‌های اصلاح‌ شده جریان محوری: مطالعه عددی

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسنده
دکتری مهندسی شیمی، مرکز پژوهش و توسعه فناورانه مهندسی مکانیک، گروه شرکت‌های ایبکو، کرمان/ استاد مدعو، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان
چکیده
در این تحقیق، با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، تأثیر پروانه‌ های اصلاح ‌شده جریان محوری (PBT) بر توزیع انرژی جنبشی توربالانسی و توان مصرفی در مخازن همزن‌ دار بررسی شد. برای شبیه‌ سازی جریان دو فازی جامد-مایع از مدل اولرین-اولرین (E-E) و برای تحلیل جریان آشفته از مدل k-ε استاندارد استفاده گردید. به منظور شبیه ‌سازی ناحیه چرخشی پروانه از روش چارچوب مرجع چندگانه (MRF) استفاده گردید. در این پژوهش، ابتدا توزیع فشار اطراف تیغه‌ ها و سپس توزیع انرژی جنبشی آشفتگی و یکنواختی آن بررسی شد. نتایج شبیه ‌سازی نشان داد که اصلاح تیغه ‌ها با کاهش انرژی جنبشی توربالانسی و بهبود در یکنواختی توزیع آن می ‌تواند توان مصرفی را کاهش دهد. به طور مشخص اصلاح تیغه‌ها در جهت عرضی باعث افزایش 71% یکنواختی آشفتگی و کاهش 10% توان مصرفی و اصلاح در جهت طولی باعث افزایش 68% یکنواختی و کاهش 22% توان مصرفی می‌ شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]           H. Li, X. Li, J. Zhan, W. Chen, and W. Zong, "Study of turbulent kinetic energy and dissipation based on fractal impeller," Sustainability, vol. 15, no. 10, p. 7772, 2023, doi: https://doi.org/10.3390/su15107772.
 
[2] D. Gu, M. Ye, X. Wang, and Z. Liu, "Numerical Investigation on Mixing Characteristics of Floating and Sinking Particles in a Stirred Tank with Fractal Impellers," Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol. 116, pp. 51-61, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.jtice.2020.11.013.
[3] D. Gu, C. Cheng, Z. Liu, and Y. Wang, "Numerical Simulation of Solid-Liquid Mixing Characteristics in a Stirred Tank with Fractal Impellers," Advanced Powder Technology, Vol. 30, No. 10, pp. 2126-2138, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.apt.2019.06.028.
[4]           W. Zhang, Z. Gao, Q. Yang, S. Zhou, and D. Xia, "Study of novel punched-bionic impellers for high efficiency and homogeneity in PCM mixing and other solid-liquid stirs," Applied Sciences, vol. 11, no. 21, p. 9883, 2021, doi: https://doi.org/10.3390/app11219883.
[5] S. A. Martínez-Delgadillo, A. Alonzo-Garcia, V. X. Mendoza-Escamilla, I. González-Neria, and J. Antonio Yáñez-Varela, "Analysis of the Turbulent Flow and Trailing Vortices Induced by New Design Grooved Blade Impellers in a Baffled Tank," Chemical Engineering Journal, Vol. 358, pp. 225-235, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.10.015.
[6]           J. Stelmach, R. Musoski, C. Kuncewicz, T. Jirout, and F. Rieger, "Efficiency of PBT Impellers with Different Blade Cross-Sections," Energies, vol. 15, no. 2, p. 585, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/en15020585.
[7] B. Li and J. Wang, "Mixing Intensification through Modifications of PBT Impellers Studied by DEM-VOF Method," Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, Vol. 177, p. 109001, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.cep.2022.109001.
[8] I. González-Neria, A. Alonzo-Garcia, S. A. Martínez-Delgadillo, V. X. Mendoza-Escamilla, J. A. Yáñez-Varela, P. G. Verdin, and G. Rivadeneyra-Romero, "PIV and Dynamic LES of the Turbulent Stream and Mixing Induced by a V-grooved Blade Axial Agitator," Chemical Engineering Journal, Vol. 374, pp. 1138-1152, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.06.033.
[9] X. Li, H. Zhao, Z. Zhang, Y. Liu, and T. a. Zhang, "Numerical optimization for blades of Intermig impeller in solid–liquid stirred tank," Chinese Journal of Chemical Engineering, vol. 29, pp. 57-66, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.cjche.2020.08.044.
[10] D. Gu, J. Chen, Y. Song, and Q. Chen, "Modification of impeller blades for the efficient mixing of particulate suspensions in a stirred tank," Advanced Powder Technology, vol. 35, no. 5, p. 104444, 2024, doi: https://doi.org/10.1016/j.apt.2024.104444.
[11] D. Gu, C. Li, X. Gu, and J. Wang, "Solid-liquid mixing characteristics in a fractal cut impeller stirred reactor with dense solid loading," Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, vol. 196, p. 109655, 2024, doi: https://doi.org/10.1016/j.cep.2023.109655.
[12] A. Tamburini, A. Cipollina, G. Micale, A. Brucato, and M. Ciofalo, "CFD Simulations of Dense Solid–Liquid Suspensions in Baffled Stirred Tanks: Prediction of Suspension Curves," Chemical Engineering Journal, Vol. 178, pp. 324-341, 2011, doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.10.016.
[13] R. Safa, E. Soltani, and M. Abdolzadeh, "Investigation of the Impeller Angle Effect on the Performance of Mixing Tanks," [in Persian], Journal of Mechanical Engineering, Vol. 32, No. 5, pp. 47-59, 2023, doi: https://doi.org/10.30506/mmep.2023.2009634.2103.
[14] R. Safa and A. Soltani Goharrizi, "CFD Simulation of an Industrial Hydrocyclone with Eulerian–Eulerian Approach: A Case Study," International Journal of Mining Science and Technology, Vol. 24, No. 5, pp. 643-648, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmst.2014.07.010.
[15] A. Guida, A. W. Nienow, and M. Barigou, "PEPT Measurements of Solid–Liquid Flow Field and Spatial Phase Distribution in Concentrated Monodisperse Stirred Suspensions," Chemical Engineering Science, Vol. 65, No. 6, pp. 1905-1914, 2010, doi: https://doi.org/10.1016/j.ces.2009.11.005.
[16] D. Wadnerkar, M. O. Tade, V. K. Pareek, and R. P. Utikar, "CFD Simulation of Solid–Liquid stirred Tanks for Low to Dense Solid Loading Systems," Particuology, Vol. 29, pp. 16-33, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.partic.2016.01.012

  • تاریخ دریافت 25 فروردین 1404
  • تاریخ بازنگری 09 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش 27 آبان 1404